一种船载定位跟踪系统供电装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种船载定位跟踪系统供电装置，属船舶电子应用技术领域。上下壳左右侧壁上都设有耳板、前后侧壁端部都设有两个限位面，上壳底壁上装有带发射单元的电路板；左右两侧的上下耳板间分别压接有金属基板，金属基板自由端装有磁铁一和线圈一，金属基板与其上下两侧所粘接的压电晶片构成压电振子；金属基板宽度大于上下壳内腔宽度、压电晶片宽度小于上下壳内腔宽度；下壳底壁上装有摆杆，摆杆上自下而上依次套有平衡弹簧、磁铁二和限位弹簧，磁铁二与磁铁一同性磁极靠近安装；上下壳底壁上都对称且均布地安装有一组数量相等的线圈二。优势特色：环境适应能力强、有效频带宽、能力密度大；可作为独立部件埋置于船体隐秘处、安全可靠。
【专利说明】
一种船载定位跟踪系统供电装置
技术领域
[0001] 本发明属于船舶电子应用技术领域，具体涉及一种船载定位跟踪系统供电装置， 用于船舶定位跟踪系统供电。
【背景技术】
[0002] 船舶定位跟踪系统在民用船舶上已得到广泛应用，为船舶的航行安全、及时救援、 以及失联后的搜寻等提供了有力的保障。然而，现有的定位跟踪系统都是基于发动机供电 的，一旦船舶出现事故使发动机及整个电力系统失效时，定位跟踪系统也失去了其应有的 功能。此外，现有的定位跟踪系统都是外置的，船舶失事进水时无法正常工作、船舶被不法 分子劫持后定位系统也容易被关闭或破坏。因此，为确保船舶定位系统安全可靠地工作，需 要开发能量自给的微小电源，以便与定位系统集成且被隐秘安装。
【发明内容】
[0003] 针对现有船舶监测系统使用及供电方面存在的一些问题，本发明提出一种船载定 位跟踪系统供电装置。本发明采用的实施方案是:上壳左右侧壁上都设有上耳板、前后侧壁 的端部都设有两个上限位面，下壳左右侧壁上都设有下耳板、前后侧壁的端部都设有两个 下限位面，上下壳内腔左右方向的长度和前后方向的宽度分别相等，上壳底壁上经螺钉安 装有带发射单元的电路板;上下耳板经螺钉连接，左右两侧的上下耳板之间分别压接有悬 臂梁型金属基板，金属基板自由端的上下两侧分别安装有磁铁一和线圈一，金属基板与其 上下两侧所粘接的压电晶片构成压电振子;金属基板宽度大于上下壳内腔宽度、压电晶片 宽度小于上下壳内腔宽度；下壳底壁上安装有T型摆杆，摆杆上自下而上依次套有平衡弹 簧、磁铁二和限位弹簧，磁铁二与磁铁一同性磁极靠近安装;上下壳底壁上都对称且均布地 安装有一组数量相等的线圈二，所述置于上下壳底壁上的线圈二都以摆杆中心线为对称配 置中心。
[0004] 非工作时，压电振子自由端的磁铁一和线圈一的重力与磁铁一和二之间的排斥力 相等，压电振子不发生弯曲变形；当环境中出现纵向振动时，压电振子在其端部磁铁一和线 圈一惯性力的作用下产生弯曲变形，将振动能转换成电能；同时，磁铁二在其自身惯性力的 作用下也上下振动;压电振子弯曲变形和磁铁二上下振动改变磁铁一和磁铁二与线圈一和 线圈二的位置关系，使线圈一和线圈二切割磁力线并产生电流;其它方向振动时，磁铁二的 惯性力迫使摆杆产生弯曲变形，改变磁铁二与磁铁一及相邻线圈一和线圈二间的距离，从 而使压电振子弯曲变形发电、线圈一和线圈二切割磁力线发电；所生成的电能经导线传输 给电路板，经转换处理后为信号发射单元供电，信号发射单元按所设定的时间间隔将船舶 的位置信息发射出去。
[0005] 在上述压电振子弯曲变形发电的过程中，环境振动强度较大时金属基板将贴靠在上 限位面或下限位面上，从而确保压电晶片不至因所受应力过大而损毁。本发明中，为提高压电 振子的发电能力和可靠性，压电晶片为0.2mm的PZT4、金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片 的厚度之比为1~2.5,此时压电振子的发电能力较强、能量比较大;能量比是指各不同厚度比 的压电振子一次弯曲变形所产生的电能与其中的最大值之比;对于本发明利用PZT4和铍青铜 基板构成的压电振子，上下限位面的合理曲率半径均为
，其 中a = hm/hp为厚度比，hm和hp分别为金属基板和压电晶片的厚度。
[0006] 本发明中，压电振子与其自由端所安装的磁铁一和线圈一构成单自由度纵振系 统，磁铁二与平衡弹簧、限位弹簧及摆杆构成任意方向的单自由度振动系统，由于磁铁一和 磁铁二间的耦合作用，摆杆沿任何方向弯曲变形时压电振子都产生纵向弯曲振动;磁铁一 和磁铁二间的耦合作用使发电装置在纵振方向上成为两自由度系统，故存在两个激励频率 使压电振子和磁铁二的振幅出现峰值。
[0007] 优势与特色:本发明的供电装置可收集船舶航行时任意方向的颠簸和振动能量， 环境适应能力强、有效频带宽;压电与电磁单元同步发电、能力密度大，压电振子可靠性高； 可作为独立部件埋置于船体隐秘处，安全可靠。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明一个较佳实施例中供电装置的结构示意图；
[0009] 图2图1的A-A剖视图；
[0010] 图3是本发明一个较佳实施例中下壳的结构示意图；
[0011] 图4是本发明一个较佳实施例中压电振子能量比与厚度比关系曲线。
【具体实施方式】
[0012] 上壳a的左右侧壁上都设有上耳板al、前后侧壁的端部都设有两个上限位面a2,下 壳b的左右侧壁上都设有下耳板bl、前后侧壁的端部都设有两个下限位面b2,上壳a的内腔 和下壳b的内腔左右方向的长度和前后方向的宽度分别相等，上壳a的底壁上经螺钉安装有 带发射单元S的电路板g;上耳板al和下耳板bl经螺钉连接，左右两侧的上耳板al和下耳板 bl之间分别压接有悬臂梁型金属基板hi，金属基板hi的自由端的上下两侧分别安装有磁铁 一 f'和线圈一 c'，金属基板hi与其上下两侧所粘接的压电晶片h2构成压电振子h;金属基板 hi的宽度大于上壳a和下壳b的内腔宽度、压电晶片h2的宽度小于上壳a和下壳b的内腔宽 度;下壳b的底壁上安装有T型摆杆d，摆杆d上自下而上依次套有平衡弹簧e、磁铁二f和限位 弹簧e'，磁铁二f与磁铁一f'的同性磁极靠近安装;上壳a和下壳b的底壁上都对称且均布地 安装有一组数量相等的线圈二c，所述置于上壳a和下壳b的底壁上的线圈二c都以摆杆d的 中心线为对称配置中心。
[0013] 非工作时，压电振子h自由端的磁铁一 f'和线圈一 c'的重力与磁铁一 f'和磁铁二f 之间的排斥力相等，压电振子h不发生弯曲变形；当环境中出现纵向振动时，压电振子h在其 端部磁铁一f'和线圈一c'惯性力的作用下产生弯曲变形，将振动能转换成电能；同时，磁铁 二f在其自身惯性力的作用下也上下振动;压电振子h的弯曲变形和磁铁二f的上下振动改 变磁铁一f'和磁铁二f与线圈一c'和线圈二c的位置关系，使线圈一c'和线圈二c切割磁力 线并产生电流;其它方向振动时，磁铁二f的惯性力迫使摆杆d产生弯曲变形，改变磁铁二f 与磁铁一 f'及相邻线圈一 c'和线圈二c间的距离，从而使压电振子h弯曲变形发电、线圈一 C'和线圈二C切割磁力线发电；所生成的电能经导线传输给电路板g，经转换处理后为信号 发射单元S供电，信号发射单元S按所设定的时间间隔将船舶的位置信息发射出去。
[0014] 在上述压电振子h弯曲变形发电的过程中，环境振动强度较大时金属基板hi将贴 靠在上限位面a2或下限位面b2上，从而确保压电晶片h2不至因所受应力过大而损毁。本发 明中，为提高压电振子h的发电能力和可靠性，压电晶片为0.2mm的PZT4、金属基板为铍青 铜，金属基板hi与压电晶片h2的厚度之比为1~2.5,此时压电振子h的发电能力较强、能量 比较大;能量比是指各不同厚度比的压电振子h-次弯曲变形所产生的电能与其中的最大 值之比；对于本发明利用PZT4和铍青铜基板构成的压电振子h，上限位面a2和下限位面b2的 合理曲率半径均戈
其中a = hm/hP为厚度比，hn^Php分别为 金属基板hi和压电晶片h2的厚度。
[0015] 本发明中，压电振子h与其自由端所安装的磁铁一f'和线圈一c'构成单自由度纵 振系统，磁铁二f与平衡弹簧e、限位弹簧e'及摆杆d构成任意方向的单自由度振动系统，由 于磁铁一f'和磁铁二f间的耦合作用，摆杆d沿任何方向弯曲变形时压电振子h都产生纵向 弯曲振动;磁铁一 f'和磁铁二f间的耦合作用使发电装置在纵振方向上成为两自由度系统， 故存在两个激励频率使压电振子h和磁铁二f的振幅出现峰值。
[0016] 显然，本发明的供电装置可收集船舶航行时任意方向的颠簸与振动能量，环境适 应能力强、有效频带宽;压电与电磁部件同步发电、能力密度大，压电振子可靠性高;可作为 独立部件埋置于船体隐秘处，安全可靠。
【主权项】
1. 一种船载定位跟踪系统供电装置，其特征在于:上壳左右侧壁上都设有上耳板、前后 侧壁端部都设有两个上限位面，下壳左右侧壁上都设有下耳板、前后侧壁端部都设有两个 下限位面，上下壳内腔左右方向的长度和前后方向的宽度分别相等，上壳底壁上经螺钉安 装有带发射单元的电路板;上下耳板经螺钉连接，左右两侧的上下耳板之间分别压接有悬 臂梁型金属基板，金属基板自由端的上下两侧分别安装有磁铁一和线圈一，金属基板与其 上下两侧所粘接的压电晶片构成压电振子;金属基板宽度大于上下壳内腔宽度、压电晶片 宽度小于上下壳内腔宽度；下壳底壁上安装有T型摆杆，摆杆上自下而上依次套有平衡弹 簧、磁铁二和限位弹簧，磁铁二与磁铁一同性磁极靠近安装;上下壳底壁上都对称且均布地 安装有一组数量相等的线圈二，所述置于上下壳底壁上的线圈二都以摆杆中心为对称配置 中心;非工作时，压电振子不发生弯曲变形;环境振动强度较大时，金属基板将贴靠在上限 位面或下限位面上。
【文档编号】H02N2/18GK105932908SQ201610459563
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王淑云, 严梦加, 尹晓红, 汪彬, 阚君武, 曹渊
【申请人】浙江师范大学